300MW汽輪機通流改造方案及其應用探究

卜 毅

內蒙古能源發電金山熱電有限公司 內蒙古 呼和浩特 010106

1 引言

隨著城市化進程的不斷加深，城市的基礎設施如供電、供水、供熱等方面的標準也越來越高。在當前的環境中，城市基礎設施的完備程度決定了城市化程度和城市化水平的高低，決定了城市居民生活水平的好壞。現階段，某些地區的集中供暖雖然已經具備了相應的規模，但是其供熱源規模小、供熱能力不強，不能夠充分的滿足城市供熱標準，城市供熱仍存在一定的不足。目前，城市經濟不斷發展、城市地產開發速度不斷加快、綜合性住宅逐漸增加、供熱市場需求不斷加大，倒逼供熱企業充分利用能源進行產熱。為了保障居民生活水平，對電廠的裝機容量為4*300MW機組進行技術改造為抽汽供熱機組。改造后的機組運行后發現，機組的實際運行熱耗值遠高于當初設計的熱耗值，并存在煤耗高等眾多安全問題。為了保證機組的安全經濟性，降低機組運行成本，促進發電廠技術裝備水平的提升，保證企業的市場競爭力進行了通流優化改造。

2 國產四缸四排300 MW汽輪機的相關設計改善原則

對國產四缸四排300MW汽輪機通流結構優化改造需要遵循以下幾個方面:(1)要達到汽輪機的抽汽供熱標準，保障發電機運行的安全性及增容標準；(2)一方面要滿足汽輪機的運行效率，另一方面要減少機組的熱耗率。在滿足汽輪機運行安全性的前提下還應該消除機組存在的不足提升機組的安全性，為保證機組具有良好的變負荷性能，可以采用復合變壓運行方式。

對原有的汽輪機組進行優化改造時，必須要將機組現階段的工作條件、工作環境、與其關聯設備的運行情況等因素進行充分的了解，從而在后期的優化改造方案設計中可以減少麻煩。在具體的改造任務中，要保證以下幾個方面不變化:機組基礎不變、低壓外缸不變、機組旋轉方向不變、與發電機的連接方式和位置不變、熱力系統不變、抽汽參數不變、管道接口不變等。進行定性分析，提升優化改造的實施可行性保障能力，突出改造水平。

在對汽輪機通流部分進行優化改造時可以有不同的改造技術，如高壓通流改造、中壓通流改造、低壓通流改造，是否更換內缸、是否更換轉子、是否更換葉片等，可以將其分別組合為不同的改造方案。因為這個型號的汽輪機的內部設計相對過時，假如只進行了簡單的通流部分優化改造很難對機組的工作效率進行較大的提升，機組的經濟性運行也難以得到滿足。所以，在本次改造工作中對機組的高、中、低壓缸都進行了通流部分的優化改造，也都更換了轉子和葉片，同時對各級的靜葉片和動葉片都進行了重新設計和更換，另外也將中低壓內缸中的支撐系統進行了改造升級。具體改造過程如下:

對高壓缸的改造內容:重新設計對存在的內部各種影響因素進行更換、特殊處理、封體處理，如進行高壓轉子更換；對高壓隔板、高壓各級汽封實施汽封處理等。

對中壓缸的改造內容:對中壓轉子更換，同步做好必要的汽封處理。

對低壓缸的改造內容:在符合改造運行要求下，對不良設備、元件更換，主要涉及低壓轉子更換。進行特定元件汽封處理，如低壓各級隔板、低壓內缸等。

通過優化改造工作，汽輪機的預期運行效率為:高壓缸的運行效率達到86%，中壓缸的運行效率達到93%，低壓缸的運行效率達到88%；熱耗率驗收工況下機組的熱耗率有所降低，額定出力和最大出力均得到提升。

3 300 MW汽輪機引進型方案改造問題和解決措施優化

現階段，汽輪機機組的高壓缸和中壓缸面臨下列問題:(1)高壓缸中的熱力參數存在不合理匹配的情況，對高壓缸的高效率運行造成了一定的影響；(2)套接如果較多，很多的內漏風險會加大，不利于控制汽體損失；(3)缸內部壓損大、缸效低的情況可能是因為反向布置了高壓調節級；(4)高中壓進排氣損失偏大，對缸效的影響較大；(5)焊接隔板容易出現變形的情況，對通流尺寸的控制不能夠非常精確；(6)高壓缸、中壓缸的分缸壓力存在有壓力偏高的情況，對汽缸的密封性產生一定程度的影響；(7)因為汽封間隙控制不夠嚴密而造成了漏汽損失的情況。

低壓缸模塊面臨下列問題:(1)低壓內缸存在變形、漏汽的情況，對缸效造成了一定程度的影響，另外還造成了5號、6號回熱抽汽溫度偏高；(2)汽缸進汽通道存在有較多的支撐件，對進汽流動的效率產生影響，出現擾流從而造成進汽損失；(3)低壓缸進汽、排汽結構設置不合理，從而造成較大的壓力損失；(4)中低壓缸的連接處會對低壓缸的進汽效率產生一定的程度的影響，從而造成進汽效率偏低；(5)焊接隔板容易出現變形的情況，對通流尺寸的控制不能夠非常精確；(6)因為汽封間隙控制不夠嚴密而造成了漏汽損失的情況。

3.1 通流結構優化原則 在對機組進行通流改造，優化機組配置的過程中，也要遵循相應的結構優化原則:(1)保證改造前后機組的主蒸汽、再蒸汽的壓力、溫度以及加熱器接口的參數要和改造之前設計的結構參數保持一致；(2)保證機組的基礎設施不變化，軸承座、軸承跨距不變，汽缸和閥門的布置情況不改造；(3)確保對機組進行改造后，機組的安全可靠性運行得到保障，同時改善之前存在的薄弱點；(4)優化改良機組運行模式，根據實際情況來對機組進行通流優化改造；(5)對機組高中低壓通流部分進行改造時，要保證改造后的經濟適用性；(6)改造后的機組，要符合國際、國家以及行業標準；(7)在保證不影響機組正常運行的情況下，盡可能的減少改造成本。

3.2 采取的技術和措施 對汽輪機的通流改造可采用的技術和措施如下:(1)為了提升缸效率，可以充分發揮多級反動式技術優勢；(2)對通流級數和各級焓降進行合理的調整，從而提高級效率；(3)對節級焓降、壓力級根徑、葉片高度全面優化調節；(4)實施內缸結構的調節控制，做好套接實施控制，突出管理水平，重點做好易滲漏位置的控制，如環形位置、軸向定位面的汽體損失；(5)高壓調節級反流改為正流布置，減少壓力級前損失；(6)優化結構模式，主要是在蒸汽室型線、排汽端型線上創新，以提升能量傳遞效果。

3.3 高中壓部分改造設計方案 (1)對進汽流道的設計要保證進汽的圓滑和順暢，可以通過更換噴嘴，來減少因為紊流而造成的進汽損失；(2)對高壓缸和中壓缸進行適當的增加通流級數來減少各級的焓降，從而保證級效率不會下降；(3)將高壓調節級反流改為正流布置；(4)高中壓選用新型的內鋼結構，來減少部套接配處的環形漏汽損失，避免軸向定位面漏汽；(5)更換中壓隔板套；(6)降低高中壓分缸壓力；(7)對進氣結構模式管控，做好結構改善，控制損失問題。

3.4 低壓部分改造設計方案 a)低壓通流優化；b)更換低壓動靜葉；c)更換低壓轉子主軸；d)優化創新設置，打造全新蝸殼式內缸，控制存在的氣體損失問題；e)第一級橫置靜葉布置；f)合理優化低壓排汽導流環。

4 通流改造后的技術經濟評估

通流改造完成之后經濟實用性得到極大的提升，具體的改造措施實施過程為:將汽輪機的高壓轉子和噴嘴，以及高壓、中壓、低壓各級動葉、隔板套、隔板、靜葉等進行改造，將機組的工作效率進行提升，同時減少熱耗率。在對機組進行通流改造完成后，高壓缸的、中壓缸、低壓缸的工作效率可以分別提升至86%，93%，88%，機組的熱耗率可以減少到8000kJ/(k W·h)左右。經實測，通流改造前后的熱耗率可以減少約800kJ/(k W·h)，發電耗煤可以減少約30g/(k W·h)，若按照年發電量為1.5×109k W·h計算，每年可以減少使用的標煤量約在4.48×104t。

5 結語

綜上所述，在對國產四缸四排300 MW汽輪機進行通流改造后，工作效率和熱耗值得到了明顯的改善。

國產四缸四排300 MW汽輪機存在有熱耗值高、發電煤耗高等經濟安全隱患。在對汽輪機進行了更換轉子等改造措施后，其高壓缸、中壓缸、低壓缸的效率得到了明顯的改善，分別能夠提升至86%、93%和88%。

300 MW汽輪機，很多問題的存在，導致進、漏汽隱患，在通過對其進行調整級數、更換內缸等改造工作后，其機組的運行情況得到了明顯的改善。

由此可知，經過改造后，能控制風險，提升經濟效益。